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BIOKON - Das Bionik-Kompetenznetz

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Aktuelles // 29. November 2016

Vektoria Award 2017: Bionik – Natur inspiriert die Wissenschaft

Ob Flugzeug-Tragflächen in Form von Adlerschwingen, saubere Fassaden dank Lotuseffekt oder Unterwassermodems, die wie Delfine kommunizieren – faszinierende Vorbilder aus der Natur inspirieren zu revolutionären technischen Lösungen, denen auch mathematische Berechnungen zu Grunde liegen.

 

Beim Vektoria Award sind Schülerinnen und Schüler der Klassenstufe 5 bis 13 aufgerufen, in einem Bild das Thema „Bionik – Natur inspiriert die Wissenschaft“ und seinen mathematischen Gehalt anhand eines Beispiels darzustellen – als Digitalbild, Foto oder Zeichnung. Bis zum 3. März 2017 können Teilnehmerinnen und Teilnehmer ihren Beitrag einreichen. Eine Vorauswahl der besten Präsentationen geht im März online.

 

Die Gewinner werden von den Jurymitgliedern BIOKON-Mitglied Prof. Dr. Thomas Speck, der Mathe-YouTuberin und Schriftstellerin Angela Maria Ruoff alias „Mathematiqua“ sowie dem Meeresbiologen und Naturfotografen Tom Vierus ausgewählt. Die Gewinner können sich über Preisgelder im Gesamtwert von 3.000 Euro freuen.

 

Auch die Meinung der Internet-Community und Fans ist gefragt: Beim Onlinevoting kann jeder mitmachen und per Mausklick seinen Favoriten wählen. Dem Publikumsliebling winkt eine hochwertige Virtual-Reality-Brille.

 

Die Schirmherrschaft des Vektoria Awards hat das Deutsche Technikmuseum Berlin.

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Die facetVISION-Kamera lässt sich industriell in der Massenproduktion herstellen. Das haben Fraunhofer-Forscher in Testläufen gezeigt.
© Foto Fraunhofer IOF

Forschung // 27. Januar 2017

Facettenaugen für Industrie und Smartphone

Fraunhofer-Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie eine nur noch zwei Millimeter flache Kamera herstellen können. Ihre Linse ist ähnlich einem Insektenauge in 135 winzige Facetten eingeteilt. In Anlehnung an das Vorbild haben die Forscher ihr Mini-Kamera-Konzept facetVISION genannt und auf der Technik-Messe CES in Las Vegas im Januar 2017 vorgestellt.

 

 

  • Die Mini-Kamera aus dem Fraunhofer IOF hat eine Dicke von nur zwei Millimetern bei einer Auflösung von einem Megapixel.
  • Die Kamera ist damit für die Automobilproduktion, die Druckindustrie oder Medizintechnik geeignet.
  • Dank ihrer geringen Dicke könnte ihr Grundprinzip künftig das Design von Smartphones verändern.

 

Die Technologie von Fraunhofer setzt sich wie das Insektenauge aus vielen kleinen gleichförmigen Linsen zusammen. Sie sitzen wie Stücke eines Mosaiks dicht nebeneinander. Jede Facette nimmt nur einen Teilausschnitt der Umgebung wahr. Im Insektengehirn werden dann die vielen Einzelbilder der Facetten zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. In der neu entwickelten facetVISION-Kamera übernehmen Mikrolinsen- und Blenden-Arrays diese Funktion. Durch den Versatz jeder Linse zu der ihr zugeordneten Blende erhält jeder optische Kanal eine individuelle Blickrichtung und bildet stets einen anderen Bereich des Gesichtsfelds ab.

 

»Zukünftig erreichen wir mit dieser aus der Natur übernommenen Technik bei einer Kameradicke von nur zwei Millimetern eine Auflösung von bis zu vier Megapixel«, sagt Andreas Brückner, Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena. »Das ist eine deutlich höhere Auflösung als bei Kameras in der Industrie – etwa in der Robotik oder Automobilproduktion.« Die Technologie wurde gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen entwickelt und von der Fraunhofer-Zukunftsstiftung gefördert.

 

Kostengünstige Produktion auf Wafern

 

Die Mikrooptik der Fraunhofer-Forscher lässt sich in großer Zahl kostengünstig produzieren – durch Verfahren ähnlich jenen, die in der Halbleiterchip-Industrie üblich sind. Computerchips werden in Massen auf Wafern, auf großen Halbleiterscheiben, gefertigt und anschließend durch Sägen voneinander getrennt. Entsprechend können am IOF facetVISION Kameraoptiken in Tausender-Stückzahl parallel gefertigt werden. »Die Kameras sind z. B. für die Medizintechnik interessant – für optische Sensoren, mit denen man schnell und einfach Blut untersuchen kann«, sagt Brückner. »In der Druckerei wiederum benötigt man solche Kameras, um bei laufender Maschine in hoher Auflösung das Druckbild zu überprüfen«. Weitere Anwendungen: Kameras an Autos, die beim Einparken helfen oder in Industrierobotern, die verhindern, dass die Maschinen mit Menschen kollidieren.

 

Smartphones im Blick

 

Auch für Smartphones ist die Facettenaugentechnologie interessant: Ihr Mini-Kameraobjektiv ist heute üblicherweise fünf Millimeter dick, damit es das Umgebungsbild zufriedenstellend scharf darstellen kann. Das erschwert den Herstellern das Design von superdünnen Smartphones: Die Kamera ist dicker als das übrige Smartphone und ragt deshalb aus der Fläche heraus. Die Hersteller nennen dies den »Camera-bump« – die unästhetische »Kamera-Beule«. Die Kameraoptiken für Smartphones werden jedoch nicht auf Wafern, sondern im Kunststoff-Spritzguss gefertigt. Bei diesem Verfahren wird heißer flüssiger Kunststoff wie bei einem Waffeleisen in die Form gebracht. Roboter setzen die fertigen Linsen dann in die Smartphone-Kamera ein. »Wir möchten das Insektenaugenprinzip auch in diese Produktionstechnologie überführen«, sagt Brückner. »Es ist zum Beispiel denkbar, dass wir mehrere kleine Linsen nebeneinander in der Smartphone-Kamera platzieren. So ließe sich der Facetteneffekt auch im Spritzguss realisieren. Auflösungen von mehr als 10 Megapixel bei einer Kameradicke von nur etwa dreieinhalb Millimetern wären möglich«.

 

Quelle: Fraunhofer Presseinformation Forschung Kompakt Januar 2017

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Bild: © Dr. Mirtsch Wölbstrukturierung GmbH

Forschung // 02. Januar 2017

„Bionische Wölbstrukturen“ − Die Natur als Vorbild für Ressourceneffizienz

Die Dr. Mirtsch Wölbstrukturierung GmbH in Berlin hat ein innovatives Verfahren zur Herstellung von wölbstrukturierten Materialien entwickelt. Nach dem Vorbild der Natur entwickelt und produziert die Dr. Mirtsch Wölbstrukturierung GmbH Leichtbaustrukturen aus dünnwandigen Materialien für innovative Anwendungen. Die patentierte Wölbstrukturierungstechnik arbeitet auf Grundlage eines einzigartigen, bionischen Selbstorganisationsprinzips und ist damit besonders material- und oberflächenschonend. Durch die Wölbstrukturen PowerStruct® können Bauteile bis zu 40 Prozent leichter ausgeführt werden. Eine vorveredelte Oberfläche bleibt während des Umformprozesses quasi unverändert. Es können vielfältige Synergieeffekte für innovative Lösungen genutzt werden, die den Kundennutzen von Produkten erhöhen und gleichzeitig die Umwelt schonen. Wölbstrukturierte Materialien weisen neben Material- und Energieeffizienz weitere technische Vorteile auf, weshalb sie bei unterschiedlichsten Produkten, wie Katalysatoren, Waschmaschinen oder in der Architektur bereits zum Einsatz kommen.  

 

Die Gestamp Umformtechnik GmbH nutzt beispielsweise diesen Vorteil bei der Produktion von Bauteilen für die Automobilindustrie. Die steife Struktur des wölbstrukturierten Bleches ermöglicht die Verwendung von dünnem Aluminium, wodurch erhebliche Gewichteinsparungen erzielt werden können. Darüber hinaus lässt sich durch den Einsatz des strukturierten Materials das sonst auftretende, störende Dröhnen von dünnwandigen Bauteilen vermeiden.  

 

Die Siteco Beleuchtungstechnik GmbH verwendet wölbstrukturiertes Aluminium bei der Produktion der Hexal®-Leuchte. Da das Licht der LEDs durch die Struktur optimal reflektiert wird, kann eine hohe Lichtqualität erzielt werden. Das Material dient gleichzeitig als Gehäuse und Reflektor der Lampe. Dadurch ergibt sich eine Materialersparnis von insgesamt 80 Prozent. Zudem treten bei den strukturierten Blechen weniger Verspannungen bei höheren Temperaturen auf.  

 

Das Video vom VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH (VDI ZRE) entstand im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit.

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Faszination Bionik als Türöffner in spannende Ausbildungsberufe mit „Greening“-Potenzialen. Durch überraschende Visualisierungen und spielerische Aktivierungen sowie über „Storytelling“ sind zahlreiche zielgruppengerechte Ankerpunkte vorgesehen.
Bild: BIOKON

Aktuelles // 12. Dezember 2016

Green up your future − Hai-Noon für grüne Berufe mit Zukunft

Ein Hai, an dem man sich reiben kann, ein Wüstenkäfer, der zum Trinken einen Kopfstand macht, und ein Adler, der der Energievergeudung davonfliegt... Aus den Vorbildern der Natur macht Bionik überraschende und zukunftsweisende technische Lösungen. Diese öffnen jungen Menschen in der interaktiven Wanderausstellung GREEN UP YOUR FUTURE (GUYF) Türen zu faszinierenden Berufen mit Zukunft.

 

In Millionen Jahren bewährt

 

Bioniker nutzen für das „Neuerfinden“ technischer Innovationen das nahezu unerschöpfliche Reservoir an biologischen Strukturen, Prozessen und oft überraschenden funktionalen Lösungen, die in Millionen Jahren evolutionärer Entwicklung erprobt und optimiert wurden.

Damit ist die Bionik nicht automatisch nachhaltig. Indem sie aber unseren Blick auf die Natur und deren unerschöpfliche Potenziale schärft, kann sie dazu beitragen, dass Jobs #ImGrünenBereich sind: grün, nachhaltig und sinnvoll. Und deswegen zukunftssicher.

 

Die Ausstellung

 

Von Anfang 2017 an tourt die Ausstellung über drei Jahre durch 19 Orte in Deutschland und macht dabei die Berufsorientierung für Schüler*innen und Studierende sowohl Indoor wie auch Outdoor barrierefrei erfahrbar. Mit Greening verbinden sich dabei Spaß und ein attraktives, digitales Medienerlebnis – ganz nach dem Geschmack und den Kommunikationserwartungen der jungen Zielgruppe. Augmented Reality, temporeiches multimediales Storytelling und – selbstverständlich – freies WLAN gehören genauso dazu, wie Infotainment zu Themen aus der Bionik und Jobs aus der Welt der Green Economy.

 

Überraschende Bionik-Reise

 

Überraschende Beispiele aus der Bionik, interaktive Exponate in der Indoor-Ausstellung, multimediale Screens und lebensgroße Darstellungen sympathischer Original-Protagonisten schlagen dabei die Brücke in die unterschiedlichen Lebenswelten junger Leute und fordern zur Vertiefung des Inhalts mit dem eigenen Smartphone oder Tablet auf. Jeder einzelne Kommunikationsschritt wird immer von der Aufforderung zur Weiterreise auf der Bionik-User-Journey begleitet.

 

Hingehen wo die Musik spielt

 

Standorte der Wanderausstellung sind der von den jungen Menschen favorisierte öffentliche Raum, wie urbane Hot-Spots, Sportplätze und Festival-Locations sowie bildungsbezogene Institutionen und Veranstaltungen, z.B. Berufsmessen und Jobbörsen, Hochschulen und IHKs, Bildungseinrichtungen und Jobcenter.

 

Multimediales Entdecken

 

Die in der Ausstellung erzählten 15 Beispiele von realen Auszubildenden und Studierenden werden auf der GUYF-Website (mobile-optimiert) mit allen Hintergründen zum Greening und zur Bionik spannend gebündelt und aufbereitet. All dies lässt sich über Social Media teilen und lädt ein zum Dialog innerhalb der Zielgruppe sowie mit Jobanbietern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Forschung. Ganz gleich auf welchem Kanal: Die Botschaft der Protagonisten lautet immer: Das was ich tue, ist für mich großartig und sinnstiftend – wäre das nicht auch etwas für dich? GREEN UP YOUR FUTURE.

 

Jobs (fast) ohne Ende

 

Dazu bietet das umfassend vernetzte Projekt GUYF eine Jobdatenbank mit mehr als 300 grünen Jobprofilen, Weiterbildungsmöglichkeiten und Studiengängen mit hohem Greening-Potenzial. Die Datenbank ermöglicht nicht nur bereits vorinformierten Jugendlichen ein für sie passendes grünes Jobprofil zu finden, sie bietet auch jungen Menschen in der Berufsorientierung eine spielerische Möglichkeit zu einer realistischen Selbsteinschätzung auf Basis der RIASEC-Standards.

 

Förderer und Partner

 

GUYF ist eine Ausstellung von BIOKON – Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenznetz e.V. – und Green Economy Academy e.V. Sie wird im Rahmen des ESF-Bundesprogramms „Berufsbildung für nachhaltige Entwicklung befördern. Über grüne Schlüsselkompetenzen zu klima- und ressourcenschonendem Handeln im Beruf – BBNE” durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit und den Europäischen Sozialfonds gefördert.

 

Für die Stories der Auszubildenden und Studierenden haben Mitglieder und Partner von BIOKON ihre Pforten geöffnet und das GUYF-Team großartig unterstützt. Besonderer Dank gilt den Firmen Airbus Operations GmbH, Festo AG & Co. KG, Otto Bock Healthcare Products GmbH, Sto SE & Co. KGaA sowie der Hochschule Bremen und der Universität Kiel. Zum Gelingen der Ausstellung haben darüber hinaus auch die Gottlieb Binder GmbH & Co. KG und die EvoLogics GmbH beigetragen.

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Die bionische Leichtbau-Kabinentrennwand wurde nach dem Vorbild der Natur 3D-gedruckt.
Bild: Airbus

Aktuelles // 06. Dezember 2016

Airbus A320-Kabinenstruktur nach dem Vorbild der Natur: Bionische Leichtbau-Trennwand mit dem Ecodesign-Preis ausgezeichnet

Für das Konzept einer bionischen Kabinentrennwand hat BIOKON-Mitglied Airbus den Bundespreis Ecodesign in der Kategorie Konzept erhalten. Bundesumweltministerin Barbara Hendricks zeichnete Peter Sander und Bastian Schäfer aus dem Team für Zukunftstechnologien (Emerging Technologies & Concepts) aus.

Die bionische Trennwand nach dem Vorbild aus der Natur von Airbus ist 45 % leichter als herkömmliche Trennwände für Flugzeuge. Durch die Gewichtsreduktion wird Kraftstoff eingespart und die CO2-Emission pro Flugzeug jährlich um 10 Tonnen verringert.

 

Das Design basiert auf generativen Gestaltungs- und Fertigungsverfahren sowie auf der Entwicklung eines eigenen, leichten Legierungsmaterials. Dank der additiven Produktion im so genannten 3D-Druck und des modularen Aufbaus lassen sich die Trennwände auch in bestehende Flugzeugkabinen einbauen. Einzelne Komponenten können bei Bedarf einfach ersetzt werden. Das verwendete Material ist komplett rezyklierfähig.

 

"Airbus zeigt mit der bionischen Trennwand in beispielhafter Weise auf, welche Möglichkeiten generative Fertigung bietet. Im Flugverkehr bedeutet die erreichte Gewichtsreduktion um 45 Prozent eine enorme Kraftstoffersparnis. Die astähnlichen Strukturen bieten einen Ausblick auf das formalästhetische Potential der topologischen Optimierung", so Prof. Matthias Held, Mitglied der Jury des Bundespreises Ecodesign.

"Bionisches Design und additive Fertigungsverfahren spielen eine Schlüsselrolle bei der Flugzeugentwicklung und -fertigung der Zukunft, wo sich fast alles um Gewichtsreduktion dreht", gratulierte Dr. Klaus Richter, Vorsitzender der Geschäftsführung Airbus in Deutschland dem Entwicklungsteam der Airbus Operations GmbH.

 

Die bionische Trennwand hat Airbus gemeinsam mit dem US-Softwarehersteller Autodesk entwickelt. Seit mehreren Jahren arbeitet Airbus bereits daran, additive Fertigungsverfahren und 3D-Druck für die Flugzeugfertigung nutzbar zu machen. Weitere Beispiele hierfür sind neben der Kabinentrennwand auch Kabinenhalter, Bremsklappen oder Rohrleitungen.

Dr. Rainer Erb und Jessica Rudolph

Kontakt

Geschäftsstelle

BIOKON - Bionik-Kompetenznetz

 

Dr. Rainer Erb | Geschäftsführer

Jessica Rudolph | Assistentin des Geschäftsführers

 

 

Ackerstraße 76

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Tel. +49.(0)30.46 06 84 84

E-Mail: kontakt@biokon.de